專利名稱：超超臨界火電機組焊接sa335-p91/p92鋼的焊接工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種焊接工藝，尤其是超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝。屬于火電機組焊接技術領域。
背景技術：
隨著電力工業的發展和全球對環境問題的日益關注，節約一次能源，加強環境保護，減少有害廢氣排放，降低地球溫室效應，已引起國內外的高度重視。提高火電機組的熱效率，采用超臨界、超超臨界機組是防止環境污染的有效途徑之一。資源節約型、環境友好型機組是火力發電設備的新趨勢。現有技術中，大型火力發電廠鍋爐機組參數的提高主要依賴新型鋼材。上世紀60年代時，國外有過提高機組參數的嘗試，但因鋼材結構問題沒有成功，最后只好將參數退回到540°C左右這一典型參數。直到90年代，隨著P91/P92新型耐熱鋼的出現，機組參數的提高才成為可能。但這些新型耐熱鋼的出現，為焊接工作提出了新的焊接課題。目前，SA335-P91鋼焊接存在的問題如下(I)熱影響區淬硬組織的產生，由于P91鋼的臨界冷卻速度低，奧氏體穩定性很大，冷卻時不易發生正常的珠光體轉變，從而冷卻到較低溫度時發生了馬氏體轉變，一方面，由于熱影響區的各種組織具有不同的密度、膨脹系數和不同的晶格形式，在加熱和冷卻過程中會伴有不同的體積膨脹和收縮；另一方面，由于焊接加熱具有不均勻和溫度高的特點，故而P91焊接接頭內部應力很大，由于P91的奧氏體十分穩定，粗大的馬氏體組織脆而硬，接頭又處在復雜應力狀態下；焊縫冷卻過程中氫由焊縫向近縫區擴散，氫的存在促使了馬氏體脆化，其綜合作用的結果，很容易在淬硬區產生冷裂紋。(2)熱影響區晶粒長大，焊接熱循環對焊接接頭熱影響區的晶粒長大有重大的影響，特別是緊鄰加熱溫度達到最高的熔合區，當冷卻速度較小時，在焊接熱影響區會出現粗大的塊狀鐵素體和碳化物組織，使鋼材的塑性明顯下降；冷卻速度大時，由于產生了粗大的馬氏體組織，也會使焊接接頭塑性下降；(3)軟化層的產生，P91鋼在調質狀態下焊接，熱影響區產生軟化層不可避免，而且比珠光體耐熱鋼的軟化更為嚴重。當用加熱和冷卻速度均較緩慢的規范時，軟化程度較大，另外，軟化層的寬度和它離熔合線的距離，不僅與焊接的加熱條件及特點有關，還與預熱、焊后熱處理等有關；(4)應力腐蝕裂紋，P91鋼在焊后熱處理之前，冷卻溫度一般不低于100°C，如果在室溫下冷卻，而環境又比較潮濕時，容易出現應力腐蝕裂紋，在焊后熱處理之前必須冷卻至150°C以下，在工件較厚、有角焊縫存在及幾何尺寸不好的情況下，冷卻溫度不低于100°C。如果在室溫下冷卻，嚴禁潮濕，否則容易產生應力腐蝕裂紋。
目前，SA335-P92鋼焊接存在如下問題⑴焊縫的韌性低于母材，P92鋼由于加入了 W元素，起到固溶強化的同時也犧牲了韌性，同時W也是形成5鐵素體的元素，焊縫中存在S鐵素體則會嚴重的影響焊縫的沖擊韌性。國外對P92、P122、E911、P91鋼(四種鋼材只有P91不含W)分別做了運行I萬小時的沖擊功試驗，發現這幾種鋼的沖擊功分別由原來的150、125、180、240降低到70、40、60、180。從以上數字可以看出，含W鋼的沖擊功在I萬小時內下降顯著；因此，W元素對焊縫的沖擊功影響更為嚴重，另外焊縫是由溫度非常高的熔融狀態冷卻下來的鑄造結構，它沒有機會經過TMCP過程，晶粒得不到細化、微合金化元素也沒有充分析出，其韌性比母材差很多；(2)焊接裂紋敏感性比傳統的鐵素體耐熱鋼低；
(3)具有較明顯的時效傾向，P92鋼經3000小時時效后，其韌性下降許多。P92鋼的沖擊功從時效前的220J左右降到了 70J左右，在3000小時時效后，沖擊功繼續下降的傾向不明顯，沖擊功將穩定在時效3000小時的水平。 超臨界(SC)以及超超臨界(USC)高參數機組是其當前重點戰略發展方向，隨著更多的高參數發電機組的出現，SA335-P91和SA335-P92鋼新型鐵素體耐熱鋼的應用將會越來越廣泛，及早掌握SA335-P91和SA335-P92鋼新型鐵素體耐熱鋼的焊接技術，確保機組設備建設、運行、檢修質量，為廣東省企業的持續、安全、穩定運營提供有力保障顯得非常迫切。

發明內容
本發明的目的，是為了解決現有技術SA335-P91/P92鋼焊接存在的問題，提供一種能保證沖擊功達到410J的超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝。本發明的目的可以通過以下技術方案達到超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征在于包括焊前準備、焊接參數優化和焊接工藝優化三個方面，I)焊前準備選擇工件，采用手工電弧焊條作為焊接工件；設置焊道，將焊道設置成雙V形或U形坡口形狀，并對坡口的表面進行清理；進行對口裝配，將待焊接的管道放置于前述焊道內，各段管道對口連接后墊置牢固，各管道對口的要求為錯口 0. I I. 0mm，間隙為3. 0 4. 0mm，鈍邊I. 5 2. Omm ;對大徑厚壁管，采用定位塊點固在坡口內；2)焊接參數優化選擇焊接電流，焊接電流的大小根據所選擇的母材厚度和焊材規格來確定，以確保焊接處不會因為電流太小而造成未熔合、未焊透或難以控制焊道成形、形成焊瘤的缺陷；選擇焊接速度，根據工件材質和厚度、焊接電流和預熱溫度選擇焊接速度，使焊接處具備足夠的熔深和熔寬；3)焊接工藝優化首先進行焊接前預熱，實施焊前對焊區進行預熱，預熱溫度為200 250°C ；然后采用手工鎢極氬弧焊GTAW和手工電弧焊SMAW組合的焊接方法進行多層焊道焊接，層間溫度為200 300°C，多層焊道的參數如下層數為4 12層，各層的焊接電流為90 120A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為45 165mm/min，焊接方法為手工鎢極氬弧焊GTAW或手工電弧焊SMAW。本發明的目的還可以通過以下技術方案達到本發明的一種技術改進方案是步驟3)中所述的多層焊道焊接，多層焊道的參數如下層數為8層，第I 2層電弧焊焊層，選用O 2. 4mm的焊條，采用直流電源正接法，焊接電流為90 120A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為45 65mm/min，焊接方法為手工鎢極氬弧焊;第3層電弧焊焊層，選用0 2. 5mm的焊條，采用直流電源反接法，焊接電流為90 110A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為100 130mm/min，焊接方法為手工電弧焊SMAW ;第4 8層電弧焊焊層，選用0 3. 2mm的焊條，采用直流電源反接法，焊接電流為90 110A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為130 165mm/min，焊接方法為手工電弧焊SMAW。本發明的一種技術改進方案是步驟I)中所述的手工電弧焊條的材料可以為 Thermanit MTS 616 或 CHR0MET92。本發明的一種技術改進方案是步驟I)中所述的定位塊，其材質可以選用Q235鋼或16Mn鋼。本發明的一種技術改進方案是針對步驟I)中所述的定位塊，當焊接到該定位塊時，除掉該定位塊，并將焊點用砂輪機打磨，然后用肉眼及低倍放大鏡觀察，確認無裂紋后才繼續施焊。本發明的一種技術改進方案是步驟3)中所述第I 2層電弧焊焊層的每層焊縫尺寸可以為4mmX2. 5謹。本發明的一種技術改進方案是步驟3)中所述第3層電弧焊焊層的焊縫尺寸可能為 BmmX 2. 5mm。本發明的一種技術改進方案是步驟3)中所述第4 8層電弧焊焊層的焊縫尺寸可以為8mmX2. 5 3mm。本發明具有如下突出的有益效果I、本發明在超超臨界火電機組焊接SA335-P91和P92鋼過程中采用“三小一多、薄而快”，即采用小規格焊條、小電流參數、小擺動、多層(道)焊接的焊接技術，能大幅度提高焊接一次合格率。2.本發明具有改進熱處理溫度輸入技術，確定預熱、層間溫度和提高了熱處理溫度的準確性的有益效果。通過試驗研究和現場焊接技術數據采集對比分析，本發明能夠應用在大型火力發電機組焊接工作中，能夠有效解決了長期困擾大型火力發電機組安裝與檢修中的焊接質量問題，提高了機組設備可靠性，取得了較好的經濟效益和社會效益。


圖I為本發明具體實施例I的坡口加工示意圖；圖2為本發明具體實施例I的Thermanit MTS 616熔敷金屬在740°C下回火后的金相組織示意圖；圖3為本發明具體實施例I的Thermanit MTS 616熔敷金屬在770°C下回火后的金相組織示意圖；圖4為本發明具體實施例I的回火溫度對Thermanit MTS 616硬度的影響示意圖；圖5為本發明具體實施例2的坡口加工示意圖；圖6為本發明具體實施例2的點固焊示意圖。
具體實施方式
具體實施例I :圖I-圖4構成本發明的具體實施例I。參照圖I，本實施例包括焊前準備、焊接參數優化和焊接工藝優化三個方面，I)焊前準備選擇工件，采用手工電弧焊條作為焊接工件；
設置焊道，將焊道設置成雙V形坡口形狀，并對坡口的表面進行清理；進行對口裝配，將待焊接的管道放置于前述焊道內，各段管道對口連接后墊置牢固，各管道對口的要求為錯口 0. I I. 0mm，間隙為3. 0 4. 0mm，鈍邊I. 5 2. Omm ;對大徑厚壁管，采用定位塊點固在坡口內；2)焊接參數優化選擇焊接電流，焊接電流的大小根據所選擇的母材厚度和焊材規格來確定，以確保焊接處不會因為電流太小而造成未熔合、未焊透或難以控制焊道成形、形成焊瘤的缺陷；選擇焊接速度，根據工件材質和厚度、焊接電流和預熱溫度選擇焊接速度，使焊接處具備足夠的熔深和熔寬；3)焊接工藝優化首先進行焊接前預熱，實施焊前對焊區進行預熱，預熱溫度為200 250°C ； 然后采用手工鎢極氬弧焊GTAW和手工電弧焊SMAW組合的焊接方法進行多層焊道焊接，層間溫度為200 300°C，多層焊道的參數如下層數為4 12層，各層的焊接電流為90 120A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為45 165mm/min，焊接方法為手工鎢極氬弧焊GTAW或手工電弧焊SMAW。本實施例中步驟3)中所述的多層焊道焊接，多層焊道的參數如下層數為8層，第I 2層電弧焊焊層,選用02. 4mm的焊條，采用直流電源正接法，焊接電流為90 120A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為45 65mm/min，焊接方法為手工鎢極氬弧焊;第3層電弧焊焊層，選用02. 5mm的焊條，采用直流電源反接法，焊接電流為90 110A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為100 130mm/min，焊接方法為手工電弧焊SMAW ;第4 8層電弧焊焊層，選用
03. 2mm的焊條，采用直流電源反接法，焊接電流為90 110A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為130 165mm/min，焊接方法為手工電弧焊SMAW。采用手工電弧焊條作為焊接工件，材料為Thermanit MTS616 ；將焊條加工成雙V形，其坡口角度為70°，并對坡口表面進行清理；對口裝配將管道墊置牢固，管道對口錯口 0. I I. 0mm，間隙為3. 0 4. 0mm，鈍邊I. 5 2. 0mm，大徑厚壁管點固焊時，采用定位塊點固在坡口內，其材質選用Q235或16Mn鋼，當焊接到該定位塊時，除掉該定位塊，并將焊點用砂輪機打磨，然后用肉眼及低倍放大鏡觀察，確認無裂紋后才繼續施焊；填充焊接施焊前對焊區進行預熱，預熱可以提高焊速，因此可以減少熔池金屬在高溫下的停留時間或減少合金元素燒損，同時又增加熔池的攪拌熔合能力，利于氣體逸出，防止產生氣孔，還可以適當減小焊接電流，其預熱溫度為200 250°C，然后采用GTAW和SMAW組合的焊接方法進行多層焊道焊接，層間溫度為200 300°C，各層焊道的具體參數如下需要說明是GTAW指手工鎢極氬弧焊，SMAff指手工電弧焊，ThermaltMTS66和CHR0MET92是兩個常規的進口焊條品牌，是焊接SA335-P92鋼的一種焊條，Q235是國內鋼材的牌號。參照圖2、圖3和圖4，Thermanit MTS 616熔敷金屬在740°C和770°C兩種溫度下回火后的金相組織相對比，Acl溫度低的熔敷金屬更容易在回火中喪失板條馬氏體的形貌；Acl高的焊縫金屬抗回火能力更強。第I 2層電弧焊焊層的每層焊縫尺寸為4mmX2. 5mm ;第3層電弧焊焊層的焊縫尺寸為6mmX2. 5mm ;第4 8層電弧焊焊層的焊縫尺寸為8mmX2. 5 3_。本實施例經機械測試，沖擊韌性及各技術指標值都合格，如下表I和表6所示。表I :SA335_P91焊接工藝參數
權利要求
1.超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征是包括焊前準備、焊接參數優化和焊接工藝優化三個方面， 1)焊前準備 選擇工件，采用手工電弧焊條作為焊接工件； 設置焊道，將焊道設置成雙V形或U形坡口形狀，并對坡口的表面進行清理； 進行對口裝配，將待焊接的管道放置于前述焊道內，各段管道對口連接后墊置牢固，各管道對口的要求為錯口 0. I I. Omm,間隙為3. 0 4. 0_，鈍邊I. 5 2. Omm ; 對大徑厚壁管，采用定位塊點固在坡口內； 2)焊接參數優化 選擇焊接電流，焊接電流的大小根據所選擇的母材厚度和焊材規格來確定，以確保焊接處不會因為電流太小而造成未熔合、未焊透或難以控制焊道成形、形成焊瘤的缺陷； 選擇焊接速度，根據工件材質和厚度、焊接電流和預熱溫度選擇焊接速度，使焊接處具備足夠的熔深和熔寬； 3)焊接工藝優化 首先進行焊接前預熱，實施焊前對焊區進行預熱，預熱溫度為200 250°C ； 然后采用手工鎢極氬弧焊GTAW和手工電弧焊SMAW組合的焊接方法進行多層焊道焊接，層間溫度為200 300°C，多層焊道的參數如下層數為4 12層，各層的焊接電流為90 120A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為45 165mm/min，焊接方法為手工鎢極氬弧焊GTAW或手工電弧焊SMAW。
2.根據權利要求I所述的超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征在于步驟3)中所述的多層焊道焊接，多層焊道的參數如下層數為8層，第I 2層電弧焊焊層，選用02. 4mm的焊條，采用直流電源正接法，焊接電流為90 120A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為45 65mm/min，焊接方法為手工鎢極氬弧焊GTAW ;第3層電弧焊焊層，選用02. 5mm的焊條，采用直流電源反接法，焊接電流為90 110A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為100 130mm/min，焊接方法為手工電弧焊SMAW ;第4 8層電弧焊焊層，選用03. 2mm的焊條，采用直流電源反接法，焊接電流為90 110A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為130 165mm/min，焊接方法為手工電弧焊SMAW。
3.根據權利要求I或2所述的超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征是步驟I)中所述的手工電弧焊條的材料為Thermanit MTS 616或CHR0MET92。
4.根據權利要求I或2所述的超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征是步驟I)中所述的定位塊，其材質選用Q235鋼或16Mn鋼。
5.根據權利要求I或2所述的超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征是針對步驟I)中所述的定位塊，當焊接到該定位塊時，除掉該定位塊，并將焊點用砂輪機打磨，然后用肉眼及低倍放大鏡觀察，確認無裂紋后才繼續施焊。
6.根據權利要求I或2所述的超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征是步驟3)中所述第I 2層電弧焊焊層的每層焊縫尺寸為4mmX2. 5mm。
7.根據權利要求I或2所述的超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征是步驟3)中所述第3層電弧焊焊層的焊縫尺寸為6mmX2. 5mm。
8.根據權利要求I或2所述的超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征是步驟3)中所述第4 8層電弧焊焊層的焊縫尺寸為8mmX2. 5 3mm
全文摘要
本發明涉及超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征是包括焊前準備、焊接參數優化和焊接工藝優化三個方面，選擇工件，采用手工電弧焊條作為焊接工件；設置焊道，將焊道設置成雙V形或U形坡口形狀，并對坡口的表面進行清理；進行對口裝配，將待焊接的管道放置于前述焊道內，各段管道對口連接后墊置牢固，各管道對口的要求為錯口0.1～1.0mm，間隙為3.0～4.0mm，鈍邊1.5～2.0mm；對大徑厚壁管，采用定位塊點固在坡口內；施焊前對焊區進行預熱，然后采用GTAW和SMAW組合的焊接方法進行多層焊道焊接。本發明采用小規格焊條、小電流參數、小擺動、多層焊道焊接的技術，提高焊縫沖擊韌性，可以大幅度提高焊接一次合格率。
文檔編號B23K9/095GK102615380SQ20121006305
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月10日 優先權日2012年3月10日
發明者方江濤 申請人:廣東省韶關粵江發電有限責任公司